Jos kuuhun lennettäisiin raketilla viivasuoraan maasta, niin paljonko kuluisi energiaa.
Oletetaan, että kuulle lasketaan sijainti hetkellä x, jolloin raketti tömähtää kuuhun. Raketti ammutaan maapallolta suoraan kohti ko. pistettä. Ei siis käytetä lainkaan kiertoratoja kummassakaan poäässä. Paljonko kuluu energiaa (polttoainetta)?
a) ei jarruteta kuuta lähestyttäessä
b) jarrutetaan kuuta lähestyttäessä
Mikä on peruste kiertoratojen käyttöön? Eikö siinä kulu vain polttoainetta ja aikaa?
Oletetaan, että kuulle lasketaan sijainti hetkellä x, jolloin raketti tömähtää kuuhun. Raketti ammutaan maapallolta suoraan kohti ko. pistettä. Ei siis käytetä lainkaan kiertoratoja kummassakaan poäässä. Paljonko kuluu energiaa (polttoainetta)?
a) ei jarruteta kuuta lähestyttäessä
b) jarrutetaan kuuta lähestyttäessä
Mikä on peruste kiertoratojen käyttöön? Eikö siinä kulu vain polttoainetta ja aikaa?
Vastaukset 10
Vanhimmat
Ilmeisesti tietämyksesi ja ymmärryksesi aiheesta on varsin vähäistä. Siksi en ala vastaamaan kysymyksiisi, koska tuskin ymmärtäisit vastauksiakaan. Ei millään pahalla. Joudut nyt vain luottamaan siihen, että homman suunnitelleet sadat tai tuhannet asiantuntijat osasivat asiansa.
No siihen ei ole mitään luottamista, jos joku tekee sen noin tai useampi on jotain laskenut. Kiertoradalle tähtäämiseen voi syynä olla myös se, että halutaan tapahtumien etenevän riittävän verkkaisesti ja että voidaan esim valita parempi paikka ja ajankohta mm. laskeutumiselle. Suorassa hypyssähän homma etenisi varsin nopeasti ja mitään korjailuja ei voisi tehdä, vaan pisteiden pitäisi täsmätä varsin pitkälle heti valitulla hetkellä.
Tyypillinen esimerkki tästä toisesta tavasta on vaikkapa se 100 km:n avaruushyppy, jossa vain käydään avaruudessa. Siinä ei tavoitella muuta kuin korkeutta. Mikään rata ei kiinnosta.
Avaruushypystä sitten vain jatkettaisiin eteenpäin suoraan pois maapallon vetovoimasta. Voimahan myös toisaalta vähenee nopeasti etäisyyden kasvaessa (~ 1/r^2), joten energian tarvekkin aika nopeasti vähenee.
Luottaminen ei ole kovin tieteellistä!
Kuun painovoima lisäisi vaan vauhtia!
Osuma olisi liian luja, suhteessa jarrutusenerian tarpeeseen!
ja toisaalta emoalus ei voinut laskeutua, vaan se oli ohjattava kirtoradalle.
Ratoihin löytyy laskukaavat, jopa netistä!
Ei mitään nasan tai neukkujen salatiedettä!
vaihka kunpikin noista on töppäilleet niiden ratojen kanssa!
Maan vetovoiman vaikutus kuun pinnalla on paljon valtaisampi kuin kuun maassa!
Etkö muka ymmärtänyt vastauksestani, että minä kyllä tiedän, mutta en vaivaudu kertomaan vastausta ihmiselle, joka ei todennäköisesti ymmärtäisi siitä yhtään mitään.
Jos haluaa päästä irti maan painovoimakentästä pakonopeuden pitää olla yli 11 km/h. Sen saavuttamiseen tarvitaan voimakas moottori. Saturn V:ssä on tarpeeksi tehoa moisen nopeuden saavuttamiseen.
Pakonopeus on nopeus, jonka liike-energia vastaa maan vetovoiman voittamista.
Siis jos äärettömän kaukaa pudotetaan kappale maapallolle, niin ilman muita häiriötekijöitä sen nopeus pintaan iskeytyessä on se pakonopeus tai vastaavasti toisinpäin.
Periaatteessa maan vetovoiman piiristä pääsee vaikka kuinka hiljaa ja vaikka kuinka pienellä teholla, kunhan vain työntövoima riittää kullakin hetkellä vaikuttavan vetovoiman voittamiseen.
Se paljonko tehoa tarvitaan riippuu sitten massasta halutusta nopeudesta ja siitä millä tavalla työntövoima tehdään.
Aloittajan kysymyksessä ilmeisesti vastuksia ei huomioida, koska kokoa tai muotoa ei mainita, joten se on pelkkä potentiaalienergialasku, eli summataan F*ds, jossa F muuttuu matkan mukaan, ja matka tietty pisteeseen jossa vetovoima on 0 . Jarrutusenergiaa tarvitaan sitten energia em pisteestä kuun pinnalle.
hyötykuorma kuuhun on 15 000 kg ja kunkin vaiheen rakenteen massa on 20% sen polttoaineen massasta. Sekä että vaiheiden määrä ja suhteellinen painojakauma on vapaa.
Matkan kestoaika on myös vapaa (siis nopeus voi olla vaikka kuinka alhainen). Ilmeisesti jossain kohtaa voidaan esittää optiminopeus, jonka alittaminen tai ylittäminen lisää polttoaineen tarvetta.
Kiertoratojen käyttö: Normaalisti alus laukaistaan ensin Maapalloa kiertävälle radalle josta se seuraavassa vaiheessa "ammutaan" kohti Kuuta. Kuuhun tullessaan alus asettuu ensin Kuuta kiertävälle radalle josta se (tai sen osa) laskeutuu "pehmeästi" (== ehjänä, lentäjät hengissä ja työkykyisinä) Kuun pinnalle. Paluumatkalla toimitaan käänteisessä järjestyksessä.
Tuollainen kiertoratojen (Maata tai Kuuta kiertävä rata) käyttö tekee hommasta yksinkertaisempaa ja turvallisempaa. Lennon eri vaiheissa on mahdollisuus tarkistuksiin ja virheiden korjauksiin. Lento voidaan peruuttaa ja lähteä turvallisesti paluumatkalle jos esim. Kuun kiertoradalla havaitaan että hupsista sentään, tulipa tuollainen laitevika, eipä voidakaan laskeutua Kuuhun.
Suora lento Kuuhun on yllättävän vaikea ja riskialtis toteuttaa. Raketin toiminta ei ole täydellisesti ennakoitavissa ja korjaukset olisivat aikakriittisiä jos kiertoratoja ei käytetä. Jos Kuuhun ei osuta heti ensi yrityksellä niin riski on suuri että paluu ei ole mahdollista. Kesken matkan ei voi kääntyä takaisin. Pehmeä laskeutuminen olisi erikoisen vaikea ja muita kuin pehmeitä laskeutumisia kukaan tuskin enää tavoitteleekaan. Ideana on ilmeisesti saada vähintäänkin joitakin instrumentteja Kuun pinnalle toimintakykyisinä. Kalliin aluksen pamauttaminen Kuun kylkeen ei tunnu erikoisen hyvältä tavoitteelta ja sellainen kova laskeutuminenhan on jo tehty kauan sitten.
Lento Maasta Kuuhun ei sinänsä vaadi täydellistä "irtautumista" Maan vetovoimasta koska ei olla menossa äärettömyyteen ja Kuulla on myös vetovoima joka vetää alusta luokseen kun sitä lähestytään. Pehmeä lasku Kuuhun tuottaa jonkin verran ajotarvetta mutta sehän on välttämätöntä. Paluumatkalla olisi taloudellisinta käyttää hyväksi Maan ilmakehää nopeuden jarruttamiseen (aerobraking), mutta siinäkin on riskinsä.
maapallolta on suora lähtö, mutta kuuta kierretään ja palatessa myös tähdätään viistosti kiertoradalle ja siitä edelleen suora jarrutus ilmakehään (eli ei olisi tarvetta maapallon kiertämiseen). Kaikki kiertely tehtäisiin kuun ympäri, jolla on alhaisempi vetovoima.
Eli summa summaarum, jos ei tarvita maapallon pakonopeutta, niin eikö koko matka voitaisiin tehdä huomattavasti alhaisemmalla nopeudella. Myös paluun jarrutustarve ilmakehässä jäisi pienemmäksi ja säästäisi aluksen rakennekustannuksia ja painoa?
Eli maapallolta siis poistuttaisiin nopeudella, joka saavuttaisi kuun pakonopeuden saavutettaessa kuun rata. Massat kuten jossain edellä annettu.
Maapallon pyöriminen kannattaa käyttää hyväksi. Näin noustaan taloudellisesti Maan kiertoradalle.
Ilmakehän ulkopuolella pystyy aluksen nopeutta muuttamaan pienelläkin teholla koska siellä ei ole ilmakehän aiheuttamia häviöitä. Ilmakehässä on pakko mennä täysillä. Rakettimoottori toimii parhaiten silloin kun se toimii täydellä teholla. Rakettia ei kannata ajaa osateholla, se on tuhlausta. Eli poltto tapahtuu taloudellisimmin niin että rakettia poltetaan täydellä teholla tarvittava aika ja sitten raketti samutetaan.
Suora nousu Maapallon pinnalta Kuun kiertoradalle tuskin onnistuisi nykyisellä tekniikalla. Ajotarve on iso. Lisäksi se olisi kovin riskaabelia edes yrittää.
Kiertoradalla pysyminen maapallon ympäri ei sinänsä aiheuta mitään ajotarvetta. Vetovoiman suuruus ei vaikuta asiaan. Kun ollaan ilmakehän yläpuolella niin merkittäviä häviöitä ei ole.
Ihan turha luulla että kiertoratojen käyttö aiheuttaisi ylimääräistä ajotarvetta. Ja kyllä Kuun vetovoima on toki aina huomioitu kuulennoilla. Ei Apollo-aluksillakaan merkittävää ylimääräistä nopeutta ollut sen yli mikä on välttämätöntä. Ei kuulennoilla ole koskaan pyritty mihinkään varsinaisiin pakonopeuksiin koska tarkoitus ei tietenkään ole ollut irtautua Maa-Kuu-systeemistä.
Siihen pisteeseen pääseminen jossa Maan ja Kuun vetovoimat ovat yhtäsuuret vaatii raketille tietyn ajotarpeen. Vähemmällä sinne ei pääse. Sen ohittamisen jälkeen Kuu vetää aluksen puoleensa.
Varsinkin miehitetyissä avaruuslennoissa täytyy aina myös miettiä sitä että millaiseen tilanteeseen alus päätyy jos jotakin menee hiukan pieleen. On esim. turvallisempaa mitoittaa Kuuhun lähtevä rata niin että alus palaa automaattisesti, ilman erillistä ajoa, Maan läheisyyteen jos jarrutuspoltto Kuuta kiertävälle radalle ei jostakin syystä onnistukaan.